Sötét erő az atommagfizikában

Az előadások a következő témára: "Sötét erő az atommagfizikában"— Előadás másolata:

1 Sötét erő az atommagfizikában
Krasznahorkay Attila MTA-Atomki, Debrecen

2 ATOMKI, Debrecen 4 főosztály: Az Atomki látképe Debrecen központjában
Atommagfizika Atomfizika Alkalmazott fizika Gyorsító centrum Mérete: 100 kutató, 100 mérnök+ egyéb

3 http://www.nupecc.org/npn/npn254.pdf Dr. Krasznahorkay Attila
Magfizika

4 Relativisztikus nehézion fizika QGP Részecskefizika
Atomfizika Magfizika Hadronfizika Relativisztikus nehézion fizika QGP Részecskefizika Magfizika

5 Kvarkok Leptonok Közvetítő Bozonok Hol tartunk ma? A Standard Modell
Anyagi részecskék

6 A sötét anyag kutatásának első motivációja
Andromeda galaxis Tömeg: 370 milliárd M☉ Távolság: 2,5 millió fé A rotációs görbék tanulmányozása Sötét anyag glória a galaxisok körül Népszámlálás az Univerzumban Csillagok és galaxisok csak: 0.5 % Neutrínók: 0.3 – 10 % Az ismert anyag: 5 % Sötét anyag: ≈ 30 % Sötét energia ≈ 65 %

7 Egy gyorsan felfutó tudomány
2000 után három négy konferencia évente (kb 150 ember). Több tucat direkt és indirekt nagy kimutatási kísérlet. Ma már csaknem minden nagy laborban folyik ilyen kutatás. A részecske asztrofizika Új folyóirat: Physics of the dark universe (Springer)

8 A standard modell (Nobel díj 2004: Gross, Politzer, Wilczek)
Ismejük a tulajdonságait Stabil Nem barionikus Hideg (2000) DM: egyértelmű bizonyítékok a standard modellen túli fizikára !!!

9 A sötét anyag évtizedében élünk? (2010-)
A sötét anyagot alkotó részecskéknek korábban a WIMP-eket gondolták. (gravitációs+gyenge kölcs.  nehéz detektálni).

10 A protonnál könnyebb részecskék keresése
Jelenlegi elméletek: MeV – GeV tömegű részecskék Próbálkozások a kimutatásra: Adatbányászattal Jelenlegi gyorsítókkal  ez ideig sikertelen Új kísérletek tervezése

11 A kinetikus keveredés Egy régi ötlet (Holdom, Phys. Lett B166, 1986):
A foton U(1) szimmetriával rendelkezik. Ha van egy másik U(1) szimmetria is a természetben, akkor annak a mértékbozonja keveredni fog a fotonnal, és így kölcsönhatásban kell lenniük.

12 Bomlási módok, élettartam

13 https://sites.google.com/site/zprimeguide/
Hye-Sung Lee (JLAB)

14 Ütközőnyalábos és fix céltárgyas kísérletek
Ahol foton keletkezik, ott sötét foton is keletkezhet Sokkal nagyobb háttér

15 Hogyan lehet nagyenergiás elektronokat és pozitronokat detektálni?

16 A sötét foton keresése a π0→e+e− γ bomlásban,
WASA-at-COSY Collaboration, Physics Letters B 726 (2013) 187

17 e+ e– A sötét foton e+-e- bomlásának keresése atommag átmenetekben Jπ
E(tr) = 18 MeV e+ e– Jπ

18 e+-e⁻ belső párkeltés M.E. Rose Phys. Rev. 76 (1949) 678
E.K. Warburton Phys. Rev. B133 (1964) 1368. P. Schlüter, G. Soff, W. Greiner, Phys. Rep. 75 (1981) 327.

19 A 8Be M1 átmeneteinek vizsgálata
Gerjesztés a 7Li(p,γ)8Be magreakcióval 18.2 1+ T=0 Ep= 1030 keV 17.6 1+ T=1 Ep= 441 keV 3.0 2+ 0+ 8Be

20 Elektrosztatikus Van de Graaff generátor
Tűsorral feltöltött szalag viszi fel a töltéseket egy félgömbre, ami így nagyfeszültségre töltődik fel. A gyorsító tér előállítása sok, egyre nagyobb feszültségen lévő elektródával. Köztük ellenállás osztó.

21 Az elektron-pozitron spektrométer sematikus rajra

22 SOKSZÁLAS PROPORCIONÁLIS KAMRA (MWPC):

23 KÉTDIMENZIÓS MWPC KIOLVASÁS A KATÓDOKON INDUKÁLT TÖLTÉS SEGITSÉGÉVEL
2-D READOUT KÉTDIMENZIÓS MWPC KIOLVASÁS A KATÓDOKON INDUKÁLT TÖLTÉS SEGITSÉGÉVEL Charpak and Sauli, 1973 E. Gatti et al, Optimum geometry for strip cathodes … Nucl. Instr. and Meth. 163(1979)83

24 A szcintillációs detektorok
Szcintilláló anyagok: A gerjesztett atomok legerjesztődésekor illetve a szabaddá vált elektronok befogódásakor “szcintillációs fény” keletkezik. szervetlen kristályok (ZnS(Ag), NaI(Tl), CsI(Tl)…) Szerves anyagok (plasztikok, folyadékok…) Gázok A keletkezett fényt fényvezetővel (plexi, fényvezető szál…) visszük a fotoelektron sokszorozóra.

25 A fotoelektron sokszorozó

26 Az elektron-pozitron spektrométer

27 A spektrométerünk előnyös tulajdonságai a korábbi legjobb spektrométerhez képest
1000 szer nagyobb detektálási hatásfok Online hatásfok hitelesítés Jobb szögfelbontás Jobb γ-elnyomás Nagyobb szögtartomány <170o A spektrométer szimulált γ-háttere.

28 Ee+ + Ee- összeg energia spektrumok és szögkorrelációk

29 A rezonancián történt mérések Ep=1.04 MeV Ep=1.10 MeV
Eltérés az IPC-től

30 A rezonancia előtti mérés eredménye
Nincs eltérés

31 Kísérleti eredményeink értelmezése
Az elektron-pozitron szögkorrelációra kapott eredményeink értelmezése egy új részecske keletkezésének és elbomlásának feltételezésével.

32 Az új részecske tömegének meghatározása
Az új részecske tömegének meghatározása a Χ2/f módszerrel. A részecske invariáns tömegének kiszámítása az elektron és pozitron energiáiból és szögeiből

33

34

35 Mit tanulhatunk a részecske mért elágazási arányából?

36 Mit tanulhatunk a pion bomlásának méréséből?

37 A folytatása következik…
Több teleszkóp, nagyobb hatásfok Helyzetérzékeny Si detektorok az elektronok és a pozitronok impulzus vektorainak meghatározására. Az invariáns tömeg pontos meghatározása. A 17.6 MeV-es átmenetben látunk-e valamit? (A proton fóbiás modell jóslatai) A részecske élettartamának meghatározása. E1 átmenetben (11B(p,γ)12C) látunk-e valamit? (megmarad-e a paritás a külcsönhatásban?)

38 A Compact Positron Electron spectrometer (COPE) for internal pair creation studies (ENSAR, FP7 support) B COPE 100:1 ATLAS µ-TPC technology for particle tracking, DSP cards for readout.

39 TIME PROJECTION CHAMBER
IDŐ PROJEKCIÓS KAMRA (TPC) D. NYGREN, LBL ~1976 ALEPH TPC AT CERN-LEP: